焊接高级工复习讲义2

1、第二讲第二讲 特殊材料的焊接特殊材料的焊接v一、铸铁的焊接一、铸铁的焊接v（一）铸铁的分类（一）铸铁的分类v 灰铸铁灰铸铁HT石墨为片状石墨为片状v 球墨铸铁球墨铸铁QT石墨为球状石墨为球状v 可锻铸铁可锻铸铁KT石墨为团絮状石墨为团絮状（二）灰铸铁的焊接性（二）灰铸铁的焊接性v特点：成本低，铸造性好，容易加工，吸震，特点：成本低，铸造性好，容易加工，吸震，耐磨。制造机床床身、机架、减速箱、气缸耐磨。制造机床床身、机架、减速箱、气缸体等。体等。v白口：石墨化元素不足，冷却速度快，碳以白口：石墨化元素不足，冷却速度快，碳以Fe3C形式存在，产生白铸铁组织。形式存在，产生白铸铁组织。v裂纹：热裂纹

2、裂纹：热裂纹v 热应力裂纹：更常见热应力裂纹：更常见（三）铸铁的焊接工艺（三）铸铁的焊接工艺v焊接方法的选择：根据铸铁件大小、厚度、焊接方法的选择：根据铸铁件大小、厚度、复杂程度及焊补处的缺陷情况，刚性大小、复杂程度及焊补处的缺陷情况，刚性大小、焊后要求来选择。焊后要求来选择。v 异质焊缝（又称为非铸铁型焊缝）的异质焊缝（又称为非铸铁型焊缝）的电弧冷焊电弧冷焊 v异质焊缝的电弧冷焊工艺要点可归纳为四句异质焊缝的电弧冷焊工艺要点可归纳为四句话：话：“准备工作要做好，焊接电流适当小，准备工作要做好，焊接电流适当小，短段断续分散焊，焊后立即小锤敲短段断续分散焊，焊后立即小锤敲”。 1.手弧冷焊的注意

3、事项手弧冷焊的注意事项v（1）焊前准备：）焊前准备：v 清除焊件缺陷处的油污等其它杂质，正确清除焊件缺陷处的油污等其它杂质，正确观察缺陷的情况（如裂纹的长度等）及将缺观察缺陷的情况（如裂纹的长度等）及将缺陷制成适当的坡口，以备焊接。陷制成适当的坡口，以备焊接。v防止在焊补过程中裂纹扩散裂纹两端防止在焊补过程中裂纹扩散裂纹两端35mm处处打止裂孔打止裂孔（58mm） 2）小的焊接电流）小的焊接电流v1）电流小，溶深小，铸铁中的碳、硫、磷等有害）电流小，溶深小，铸铁中的碳、硫、磷等有害物质可少进入焊缝，有利于提高焊缝质量。焊缝中物质可少进入焊缝，有利于提高焊缝质量。焊缝中硫、磷多了，易出现热裂纹。

4、硫、磷多了，易出现热裂纹。v2）冷焊时，随电流减小，在焊接速度不变的情况）冷焊时，随电流减小，在焊接速度不变的情况下减小了焊接热输入，不仅减小了焊接应力，使焊下减小了焊接热输入，不仅减小了焊接应力，使焊接接头出现裂纹的倾向减小，而且也接接头出现裂纹的倾向减小，而且也减小了整个热减小了整个热影响区宽度，其中包括减小了最易形成白口的半溶影响区宽度，其中包括减小了最易形成白口的半溶化区宽度，使白口层变得薄些。化区宽度，使白口层变得薄些。小直径焊条更能采小直径焊条更能采用小电流，故一般最好采用小直径焊条。为了减少用小电流，故一般最好采用小直径焊条。为了减少焊接热输入，以减低应力及减少半溶化区宽度，应焊

5、接热输入，以减低应力及减少半溶化区宽度，应适当提高焊接速度，不作横向摆动。适当提高焊接速度，不作横向摆动。 （3）采用短段焊，断续焊，分散焊、）采用短段焊，断续焊，分散焊、分段倒退焊等及焊后锤击分段倒退焊等及焊后锤击 v焊缝越长，焊缝所承受的拉应以越大，故采用短段焊缝越长，焊缝所承受的拉应以越大，故采用短段焊有焊有利于减低焊缝应力状态，减少焊缝发生裂纹的利于减低焊缝应力状态，减少焊缝发生裂纹的可能性。可能性。采用异质材料进行铸铁冷焊时，一般每次采用异质材料进行铸铁冷焊时，一般每次焊缝长度，薄壁件取焊缝长度，薄壁件取1020mm，厚壁件取，厚壁件取3040mm。焊后应立即用小锤快速锤击处于高温而

6、具。焊后应立即用小锤快速锤击处于高温而具有较高塑性的焊缝，以有较高塑性的焊缝，以松弛补焊区应力松弛补焊区应力，防止裂纹，防止裂纹的产生。为了尽量降低补焊处的温度，减少应力，的产生。为了尽量降低补焊处的温度，减少应力，易待焊件冷却至不烫手时（易待焊件冷却至不烫手时（5060）再焊下一道）再焊下一道焊缝焊缝，依此类推。为了避免被焊件局部过热以增大，依此类推。为了避免被焊件局部过热以增大焊接应力，可采用分散焊法。焊接应力，可采用分散焊法。v纯镍焊条（纯镍焊条（EZNi1）Z308v 镍铁铸铁焊条（镍铁铸铁焊条（EZNiFe1）Z408v焊缝为非铸铁组织，有一定朔性焊缝为非铸铁组织，有一定朔性2.手弧

7、热焊法v 焊前将焊件全部和局部加热到焊前将焊件全部和局部加热到600 700 ，并在焊接过程中保持一定温度，焊，并在焊接过程中保持一定温度，焊后保温缓冷。由于预热温度较高，所以能有后保温缓冷。由于预热温度较高，所以能有效的防止白口和裂纹效的防止白口和裂纹手弧半热焊法v预热温度范围为300400度称为“半热焊”。v一般情况下可采用“Z208”或“Z248”铸铁焊条 v半热焊工艺过程基本与热焊进相同，大电流、长弧、连续焊，焊后保温缓冷。3.气焊铸铁时的注意事项v（1）使用中性焰和轻微碳化焰；防止碳的烧损降低了强度v（2）选RZC1或RZCH配CJ201焊剂帮助焊缝去除杂质v（3）大焊嘴，高火焰能率

8、，可降低焊接速度，减少焊接应力的产生。v采用加热减应区法是气焊铸铁的常用方法 灰铸铁补焊的工程实例灰铸铁补焊的工程实例v如图所示，灰铸铁带轮轮辐如图所示，灰铸铁带轮轮辐“1”处发生断裂，处发生断裂，现采用气焊进行补焊。若用气焊对断裂处直现采用气焊进行补焊。若用气焊对断裂处直接进行冷焊，其接头刚性很大，难以获得良接进行冷焊，其接头刚性很大，难以获得良好的焊接质量，故宜采用加热减应区法进行好的焊接质量，故宜采用加热减应区法进行焊接。该铸件轮缘较厚，在焊接中阻碍焊缝焊接。该铸件轮缘较厚，在焊接中阻碍焊缝收缩，所以加热减应区确定为收缩，所以加热减应区确定为“2”处。处。v焊接时，先将焊接时，先将“2”

9、处加热到一定温度，当该区温度升高时，处加热到一定温度，当该区温度升高时，轮缘受热会向外膨胀，断裂部位的裂纹间隙也将随之扩大；轮缘受热会向外膨胀，断裂部位的裂纹间隙也将随之扩大；当间隙扩大到一定程度后，迅速将火焰移至断裂处加热，进当间隙扩大到一定程度后，迅速将火焰移至断裂处加热，进行焊接。在焊接过程中，应间隔加热行焊接。在焊接过程中，应间隔加热“2”处，使之接头同时处，使之接头同时收缩。焊后在室内自然缓冷。由于加热减应区使铸件轮缘的收缩。焊后在室内自然缓冷。由于加热减应区使铸件轮缘的拘束作用降低，故接头裂纹倾向减小。拘束作用降低，故接头裂纹倾向减小。v采用加热减应区法焊接时，要做到既要降低应力，

10、又要使加采用加热减应区法焊接时，要做到既要降低应力，又要使加热变形不超过允许范围。如上例带轮焊接，减应区加热温度热变形不超过允许范围。如上例带轮焊接，减应区加热温度越高，则轮辐断裂处的间隙就越大，焊后接头处的应力就会越高，则轮辐断裂处的间隙就越大，焊后接头处的应力就会越小；但是，会使轮辐的膨胀量过大，不能缩回原来的位置。越小；但是，会使轮辐的膨胀量过大，不能缩回原来的位置。这相当于被焊轮辐增长，不仅会造成轮缘不圆，还可能会使这相当于被焊轮辐增长，不仅会造成轮缘不圆，还可能会使相邻的薄弱处（如相邻的薄弱处（如“3”和和“4”处）应力过大而产生断裂。处）应力过大而产生断裂。二、有色金属焊接v（一）

11、铝及其合金的焊接（一）铝及其合金的焊接v了解铝及铝合金性能及分类了解铝及铝合金性能及分类v掌握铝及铝合金的焊接性掌握铝及铝合金的焊接性v掌握铝及铝合金焊接工艺掌握铝及铝合金焊接工艺一、性能和分类一、性能和分类铝的应用仅次于钢，在有色金属中居首位。铝的应用仅次于钢，在有色金属中居首位。纯铝的性能纯铝的性能密度为密度为2.78g/3 ，熔点，熔点660、导电性能良好、导、导电性能良好、导 热率高。热率高。化学性质活泼化学性质活泼形成形成AIAI2 2O O3 3薄膜在大气中具有较好的薄膜在大气中具有较好的 耐蚀性能，对有机酸和浓硝酸有有良好的耐蚀性，氧耐蚀性能，对有机酸和浓硝酸有有良好的耐蚀性，氧

12、 化铝具有较好的粘着力化铝具有较好的粘着力焊前应清除。焊前应清除。无磁性，当采用直流焊接时不会产生磁偏吹，强度低、无磁性，当采用直流焊接时不会产生磁偏吹，强度低、 塑性很高，适用于各种冷压延加工。塑性很高，适用于各种冷压延加工。铝及铝合金的分类及成分铝及铝合金的分类及成分工业纯铝。工业纯铝。铝合金铝合金。q工业纯铝工业纯铝(牌号及成分见表牌号及成分见表10-2)工业纯铝的纯度工业纯铝的纯度99.7%99.7%99.9%99.9%。 纯铝呈面心立方晶粒，没有同素异构转变，低温下有纯铝呈面心立方晶粒，没有同素异构转变，低温下有良好的任性可作低温工作材料。当在铝中加入少量的合金良好的任性可作低温工作

13、材料。当在铝中加入少量的合金元素，可使铝的强度、硬度或其他性能得到改善，铝合金元素，可使铝的强度、硬度或其他性能得到改善，铝合金作为结构材料获得了广泛的应用。作为结构材料获得了广泛的应用。v杂质：杂质：FeFe、SiSi、MnMn、CuCu、ZnZn、TiTi。牌号及成分、力学性能见表10-3q铝合金的分类v强度和硬度都很低。v所含杂质数量越多，导电性、抗腐蚀性和塑性越低。2.铝及铝合金的焊接性二、铝及铝合金的焊接性要点二、铝及铝合金的焊接性要点 铝及铝合金焊接比低碳钢困难，其焊接特点与钢不同具体表现如下：容易氧化 所以，焊前必须严格清理焊件表面氧化膜；焊接时应对熔池及高温区金属进行有效的保护

14、。v致密的氧化膜v影响电弧的稳定性，阻碍焊接过程正 常进行。v对水分有较高的吸附能力，促使焊缝 产生气孔。v焊接时容易形成未熔合及夹渣焊接时耗能大 物理性能决定，焊铝及铝合金比焊钢要消耗更多的热量，且易产生变形，应采用能量集中，功率密度大的热源，有时还应进行预热等工艺措施。焊缝易产生气孔 气孔是铝及铝合金焊接时常见的缺陷。主要原因是：氢高温下、焊接区周围的水，空气中的水分，侵入电弧中，焊丝或工件表面氧化膜的存在，吸附水分。焊接热裂纹倾向大纯铝和非热处理强化铝合金一般不产生裂纹；硬铝及大 部分热处理强化铝合金，产生裂纹的倾向较大。焊接时产生的裂纹大部分为结晶裂纹，有时近焊缝区也 可能出现液化裂纹

15、。原因：较大的拘束应力（线膨胀系数大，收缩率大）。防止方法：采用调整焊缝成分的方法来防止热裂纹；采 用合理的焊接方法及工艺。3.铝及铝合金的焊接v焊接工艺：焊接工艺：v 焊前准备及焊后处理焊前准备及焊后处理v 焊接材料（焊接材料（HS311铝硅焊丝通用）铝硅焊丝通用）v 电源极性电源极性v W极氩弧焊一般用交流焊机极氩弧焊一般用交流焊机v 熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊一般用于板厚大于一般用于板厚大于6工件的工件的焊接，焊接，用直流反接用直流反接（二）铜及其合金的焊接v1.铜及合金分类铜及合金分类v根据成分和颜色分类根据成分和颜色分类v紫铜紫铜v黄铜白铜黄铜白铜v青铜青铜2.铜及铜合金的焊接性v铜的

16、氧化v气孔v热裂纹vZn的蒸发3.铜及合金的焊接工艺v（1）焊接方法：焊接铜及铜合金时需要大功率、高能束的熔焊热源，热效率愈高，能量愈集中愈有利。 v气焊，焊条电弧焊，钨极氩弧焊v如薄板焊接以钨极氩弧焊、焊条电弧焊或气焊为好，中厚板以熔化极气体保护焊和电子束焊较合理，厚板则建议使用埋弧焊、MIG焊。（2)焊接材料v铜及铜合金的焊接材料主要是指填充焊丝、铜及铜合金的焊接材料主要是指填充焊丝、焊条及气焊熔剂。焊条及气焊熔剂。v填充焊丝必须满足以下要求：填充焊丝必须满足以下要求：v具有良好的脱氧能力；具有良好的脱氧能力；v 能获得良好的焊缝成形；能获得良好的焊缝成形；v 纯铜焊接接头的导电性应接近基

17、体金属纯铜焊接接头的导电性应接近基体金属的导电性。的导电性。v紫铜气焊：一般选择纯度较高的纯铜丝，中性焰，紫铜气焊：一般选择纯度较高的纯铜丝，中性焰，CJ301，火焰能率比钢大，火焰能率比钢大1-2倍，焊前预热。倍，焊前预热。600-700度。度。v黄铜：弱的氧化焰。含硅焊丝黄铜：弱的氧化焰。含硅焊丝v铝青铜：铝青铜：青铜本身所含合金元素就具有较强的脱氧青铜本身所含合金元素就具有较强的脱氧能力。焊丝成分只需补足氧化烧损部分，即选用含能力。焊丝成分只需补足氧化烧损部分，即选用含合金元素略高于基材的相应焊丝，如硅青铜焊丝、合金元素略高于基材的相应焊丝，如硅青铜焊丝、铝青铜焊丝、锡青铜焊丝等。铝青铜

18、焊丝、锡青铜焊丝等。中性焰，中性焰，CJ401（三）钛及其合金的焊接v1、钛及合金的分类、钛及合金的分类v工艺纯钛：工艺纯钛：TA1，TA2，TA3，编号越大，杂质越多，编号越大，杂质越多v塑性，韧性，耐腐蚀性、焊接性好，易于成型塑性，韧性，耐腐蚀性、焊接性好，易于成型v钛合金钛合金v钛铌焊接钛铌焊接TINb超导材料超导材料v钛镍合金钛镍合金TiNi记忆功能材料记忆功能材料v钛铁合金钛铁合金TiFe储氩材料储氩材料2.钛及其合金的焊接性v（1)容易污染，引起脆化容易污染，引起脆化氢、氧、氮、氢、氧、氮、碳碳v（2）裂纹）裂纹氢氢v（3）气孔）气孔氢氢3.钛及其钛合金的焊接工艺v（1）焊前清理：

19、机械清理，化学清理）焊前清理：机械清理，化学清理v（2）焊接方法、设备：直流氩弧焊电源）焊接方法、设备：直流氩弧焊电源v（3）焊接材料：选择与基本金属成分相同的）焊接材料：选择与基本金属成分相同的钛丝钛丝v（4)坡口形式：试件开单坡口形式：试件开单V型型70-80度坡口度坡口v（5）焊接参数：采用小的热输入）焊接参数：采用小的热输入三、异种钢的焊接v（一）异种金属的焊接特点（一）异种金属的焊接特点v两种被焊金属的熔化温度相差很大两种被焊金属的熔化温度相差很大v两种金属的导热性和比热容不同两种金属的导热性和比热容不同v被焊金属的电磁性能相差很大被焊金属的电磁性能相差很大v两种金属的线膨胀系数不同

20、两种金属的线膨胀系数不同两种被焊金属的熔化温度相差很大熔焊时，两种母材都须熔化，若两者熔化温度接近熔焊时，两种母材都须熔化，若两者熔化温度接近(相相差差100以内以内)，通常的焊接方法和工艺都能顺利进，通常的焊接方法和工艺都能顺利进行。两者熔化温度相差很大时，就会因它们熔化不行。两者熔化温度相差很大时，就会因它们熔化不同步，低熔点金属过早熔化而发生流淌或者与高熔同步，低熔点金属过早熔化而发生流淌或者与高熔点金属产生未熔合。此外，熔点高的金属凝固和收点金属产生未熔合。此外，熔点高的金属凝固和收缩时，会使出处于部分凝固和薄弱状态的低熔点金缩时，会使出处于部分凝固和薄弱状态的低熔点金属产生应力，导致

21、裂纹。属产生应力，导致裂纹。两种金属的导热性和比热容不同两种金属热导率和比热容相差很大时，会导致两种金属热导率和比热容相差很大时，会导致热输入失衡熔化不均和改变焊缝及其两侧热输入失衡熔化不均和改变焊缝及其两侧的结晶条件。的结晶条件。 例如，热导率高的金属热影响区宽，冷却速例如，热导率高的金属热影响区宽，冷却速度快容易淬硬，而热导率低的金属则发生过度快容易淬硬，而热导率低的金属则发生过热热被焊金属的电磁性能相差很大有磁性金属和无磁性金属组合，当采用直流电有磁性金属和无磁性金属组合，当采用直流电弧或电子束方法焊接时会因磁场的作用，使弧或电子束方法焊接时会因磁场的作用，使电弧偏吹或电子束偏离其轴线电

22、弧偏吹或电子束偏离其轴线(偏向磁铁体一偏向磁铁体一侧侧)，其后果是磁铁体金属熔化量过大，产生，其后果是磁铁体金属熔化量过大，产生过分稀释，或无磁性金属根部未熔合等缺陷。过分稀释，或无磁性金属根部未熔合等缺陷。两种金属的线膨胀系数不同线膨胀系数差别较大的异种金属焊接在一起时，线膨胀系数差别较大的异种金属焊接在一起时，由于彼此间冷却收缩不一致，便会引起较大由于彼此间冷却收缩不一致，便会引起较大的焊接应力，严重时能导致焊接裂纹。的焊接应力，严重时能导致焊接裂纹。二）珠光体耐热钢和奥氏体不锈钢（含复合钢板）的焊接v1.焊接性焊接性v焊缝的稀释焊缝的稀释v过渡区形成硬化层过渡区形成硬化层v熔合区的碳扩散

23、与脱碳熔合区的碳扩散与脱碳v焊接接头高应力状态焊接接头高应力状态v延迟裂纹延迟裂纹（1）焊缝的稀释v由于珠光体钢中不含有合金元素（碳钢），由于珠光体钢中不含有合金元素（碳钢），或合金元素含量较低（低合金钢），所以它或合金元素含量较低（低合金钢），所以它对整个焊缝的奥氏体形成元素有稀释作用对整个焊缝的奥氏体形成元素有稀释作用第三章金属材料的焊接举例：举例：1Cr18Ni9不锈钢与不锈钢与A3钢焊接钢焊接 当采用当采用TIG焊时，不加填充焊丝焊接，假设两种焊时，不加填充焊丝焊接，假设两种母材熔化量相同，分别熔合比为母材熔化量相同，分别熔合比为50%（在图中（在图中f点），点），此时焊缝组织为此时焊

24、缝组织为马氏体组织。马氏体组织。母材母材化学成分化学成分Cr当量当量Ni当量当量图上图上位置位置CMnSiCrNi不锈不锈钢钢0.071.360.6617.88.6518.7911.42aA3钢钢0.180.440.350.535.62b第三章金属材料的焊接 Ni当量当量=Ni + 30C + 0.5Mn（%） Cr当量当量=Cr + Mo + 1.5Si + 0.5Nb（%）当量当量第三章金属材料的焊接 当采用手工电弧焊，分别选用当采用手工电弧焊，分别选用A102(E308-16成分成分18-8型）、型）、A307（E309-15 25-15型）、型）、A407（E310-15 25-20型

25、）三种焊条焊接。分别计算出三种焊条的型）三种焊条焊接。分别计算出三种焊条的Cr和和Ni当当量，并在图中找出点：量，并在图中找出点： A102 C点、点、A307 d点、点、A407 e点点1）采用）采用A102焊条焊接，当熔合比为焊条焊接，当熔合比为40%时（时（g点），当熔合点），当熔合比为比为30%时（时（h点），所以当母材熔合比为点），所以当母材熔合比为3040%时，焊时，焊缝组织为奥氏体缝组织为奥氏体+马氏体。马氏体。2）采用）采用A307焊条焊接，当熔合比为焊条焊接，当熔合比为40%时（时（i点），焊缝组点），焊缝组织为纯奥氏体。当熔合比为织为纯奥氏体。当熔合比为30%时（时（j点）

26、，焊缝组织为奥点），焊缝组织为奥氏体氏体+铁素体。铁素体。第三章金属材料的焊接3）采用）采用A407焊条焊接，当熔合比为焊条焊接，当熔合比为3040%时（时（k点点和和L点），此时焊缝组织均为单相奥氏体组织。点），此时焊缝组织均为单相奥氏体组织。综上分析：综上分析：1、由于、由于A3钢的稀释，使焊缝的成分和组织发生变化。钢的稀释，使焊缝的成分和组织发生变化。2、选用、选用A102焊条焊接，焊缝会出现脆硬马氏体组织。焊条焊接，焊缝会出现脆硬马氏体组织。3、选用、选用A407焊条焊接，焊缝为单相奥氏体组织，热裂焊条焊接，焊缝为单相奥氏体组织，热裂倾向大。倾向大。4、选用、选用A307焊条焊接，只要控制熔合比焊条焊接，只要控制熔合比40%，就能，就能获得具有较高抗裂性能的奥氏体获得具有较高抗裂性能的奥氏体+铁素体组织。铁素体组织。（2）